H-AMR: A New GPU-accelerated GRMHD Code for Exascale Computing With 3D Adaptive Mesh Refinement and Local Adaptive Time-stepping

General-relativistic magnetohydrodynamic (GRMHD) simulations have revolutionized our understanding of black-hole accretion. Here, we present a GPU-accelerated GRMHD code H-AMR with multi-faceted optimizations that, collectively, accelerate computation by 2-5 orders of magnitude for a wide range of applications. Firstly, it involves a novel implementation of a spherical-polar grid with 3D adaptive mesh refinement that operates in each of the 3 dimensions independently. This allows us to circumvent the Courant condition near the polar singularity, which otherwise cripples high-res computational performance. Secondly, we demonstrate that local adaptive time-stepping (LAT) on a logarithmic spherical-polar grid accelerates computation by a factor of $\lesssim10$ compared to traditional hierarchical time-stepping approaches. Jointly, these unique features lead to an effective speed of $\sim10^9$ zone-cycles-per-second-per-node on 5,400 NVIDIA V100 GPUs (i.e., 900 nodes of the OLCF Summit supercomputer). We demonstrate its computational performance by presenting the first GRMHD simulation of a tilted thin accretion disk threaded by a toroidal magnetic field around a rapidly spinning black hole. With an effective resolution of $13$,$440\times4$,$608\times8$,$092$ cells, and a total of $\lesssim22$ billion cells and $\sim0.65\times10^8$ timesteps, it is among the largest astrophysical simulations ever performed. We find that frame-dragging by the black hole tears up the disk into two independently precessing sub-disks. The innermost sub-disk rotation axis intermittently aligns with the black hole spin, demonstrating for the first time that such long-sought alignment is possible in the absence of large-scale poloidal magnetic fields.Comment: 10 pages, 5 figures, submitted to MNRAS, for the YouTube playlist, see https://youtu.be/rIOjKUfzcv

Концептуальні підходи формалізації процесів створення та модернізації інформаційних систем економічного об'єкта

Метою дослідження є аналіз концептуальних підходів формалізації процесів управління інформаційними потоками для модернізації інформаційних систем економічного об’єкта. У статті досліджено концептуальне розуміння методології формалізації процесів для модернізації процесів та моделювання інформаційної системи управління розвитком економічного об’єкта в умовах інтеграційних процесів, запропоновано підходи формалізації процесів розвитку під впливом динаміки змін внутрішнього та зовнішнього середовища економічного об’єкта. Методика дослідження. Застосовано загальнонаукові та спеціальні методи дослідження: аналізу, синтезу та систематизації, узагальнення. Результати. Установлено, що підходи створення інтелектуальних інформаційних систем повинні враховувати можливості створення структури інформаційної системи з використанням функціонального, процесного підходів та використовувати «об’єктний опис» як складову одного з видів діяльності. Для використання об’єктного опису запропоновано перелік аспектів діяльності з метою ідентифікації «об’єкта» в таких системах. Установлено, що, крім необхідної орієнтації на пошук, збір, зберігання та обробку інформації з урахуванням суттєвих характеристик у створюваних моделях досліджуваної системи та її елементів, в інтелектуальних інформаційних системах «об’єктами» можуть бути центри відповідальності за результативність окремих функціональних задач та процесів. Результати аналізу концептуальних підходів формалізації процесів управління інформаційними потоками в інформаційних системах економічного об’єкта показали необхідність єдності управління логістикою потоків в інформаційній системі для забезпечення достовірності, цілісності, своєчасності отриманого результату. Практична значущість результатів дослідження. Запропоновано концептуальні підходи врахування змін у процесах інформаційного забезпечення в логічно-структурованій системі за визначеними характеристиками, часовими та послідовними етапами здійснення й управління процесом, управління інформаційною логістикою в самій структурі інформаційної системи для управління інформаційними потоками та формування процесів їх обробки й модернізації ІС

Стан надання медичної допомоги хворим із мозковим інсультом у м. Києві та шляхи його поліпшення

Objective — to improve the quality of medical care for patients with cerebral stroke.Methods and subjects. The study included an examination of 1575 patients with acute cerebral stroke (males 42.7 %) aged 26 to 100 years old (mean age 70.6 ± 10.7 years) who were hospitalized from June 1 to December 31, 2016 to neurological departments in the city of Kyiv.Results. It has been established that in 71.5 % of the examined patients, stroke occurred for the first time in their life. Patients aged 60 years and older had dominated (84.1 %). The most important factor of vascular risk was hypertension, which was observed in 95.4 % of the patients. 41.6 % of patients sought medical help within the first 3 hours, 32.6 % of patients were hospitalized within the therapeutic window. 86 % of patients were taken to hospital by ambulance, 6 % of patients sought medical help on their own. The most important factor of late hospitalization was late sought medical help, which was observed in 76 % of the patients. Neuroimaging was performed in 1120 (81.2 %) patients. Late hospitalization of patients, the lack of 24­hour neuroimaging at public hospitals in the city, and the serious condition of patients with the presence of decompensated comorbid diseases are the most frequent reasons for the insufficient use of thrombolytic therapy in patients with ischemic stroke in Kyiv.Conclusions. It is necessary to teach population about risk factors and symptoms of stroke and the need to seek immediate medical care in case of the first symptoms of the disease. Urgent medical care for patients with stroke in Kyiv requires significant improvement and organization of stroke units. Currently, the neurological departments in Kyiv have real preconditions for thrombolytic therapy in patients with acute ischemic stroke. Цель — улучшить качество оказания медицинской помощи больным с мозговым инсультом.Материалы и методы. Обследованы 1575 пациентов с острым мозговым инсультом (из них 42,7 % мужчин) в возрасте от 26 до 100 лет (средний возраст — (70,6 ± 10,7) года), которые были госпитализированы в период с 1 июня по 31 декабря 2016 г. в неврологические отделения г. Киева.Результаты. У 71,6 % пациентов инсульт развился впервые в жизни. Среди пациентов преобладали лица в возрасте 60 лет и старше (84,1 %). Наиболее важным фактором сосудистого риска была артериальная гипертензия, которая наблюдалась у 95,4 % пациентов. В первые 3 ч за медицинской помощью обратились 41,6 % больных, в пределах терапевтического окна — 32,6 %. В 86 % случаев пациенты были доставлены в стационар бригадами скорой медицинской помощи, 6 % больных обратились в медицинские учреждения самостоятельно. Среди причин поздней госпитализации пациентов преобладало позднее обращение за медицинской помощью (76 % случаев). Нейровизуализацию проведено у 1120 (81,2 %) пациентов. Из причин недостаточного применения тромболитической терапии у больных с ишемическим инсультом в г. Киеве наиболее частыми являются поздняя госпитализация, отсутствие возможности проведения круглосуточно нейровизуализации в коммунальных больницах города, тяжелое состояние пациентов, наличие декомпенсированных сопутствующих заболеваний.Выводы. Следует усилить просветительскую работу среди населения, в частности информировать о факторах риска инсульта, его симптомах и необходимости немедленного обращения за медицинской помощью при возникновении первых симптомов заболевания. Для оказания ургентной помощи больным с инсультом в г. Киеве необходимо усовершенствовать существующие отделения (центры) для оказания медицинской помощи больным с острым нарушением мозгового кровообращения и организовать новые. В неврологических отделениях г. Киева есть предпосылки для проведения тромболитической терапии больным с острым ишемическим инсультом. Мета — поліпшити якість надання медичної допомоги хворим з мозковим інсультом.Матеріали і методи. Обстежено 1575 хворих з гострим мозковим інсультом (з них 42,7 % чоловіків) віком від 26 до 100 років (середній вік — (70,6 ± 10,7) року), госпіталізованих у період з 1 червня до 31 грудня 2016 р. до неврологічних відділень м. Києва.Результати. У 71,6 % пацієнтів інсульт стався вперше. Серед пацієнтів переважали особи віком 60 років і старші (84,8 %). Провідним чинником судинного ризику була артеріальна гіпертензія, яку спостерігали у 95,4 % пацієнтів. У перші 3 год по медичну допомогу звернулися 41,6 % пацієнтів, у межах терапевтичного вікна госпіталізовано 32,6 % осіб. У 86 % випадків пацієнти були доставлені у стаціонар бригадами швидкої медичної допомоги, 6 % хворих звернулися до медичних закладів самостійно. Серед причин пізньої госпіталізації пацієнтів переважало пізнє звернення (76 % випадків). Нейровізуалізацію проведено у 81,2 % пацієнтів. Найважливішими причинами недостатнього застосування тромболітичної терапії у хворих з ішемічним інсультом у м. Києві є пізня госпіталізація, відсутність можливості застосування цілодобово нейровізуалізаційних методів у комунальних лікарнях міста, тяжкий стан пацієнтів, наявність декомпенсованих супутніх захворювань.Висновки. Слід посилити просвітницьку роботу серед населення, зокрема інформувати щодо чинників ризику інсульту, симптомів інсульту та необхідності термінового звернення по медичну допомогу в разі виникнення перших симптомів захворювання. Для надання ургентної допомоги хворим з інсультом у м. Києві потрібно вдосконалити відділення (центри), що вже функціонують, та організувати нові. У неврологічних відділеннях м. Києва є передумови для проведення тромболітичної терапії хворим з гострим ішемічним інсультом.

H-AMR: A New GPU-accelerated GRMHD Code for Exascale Computing with 3D Adaptive Mesh Refinement and Local Adaptive Time Stepping

General relativistic magnetohydrodynamic (GRMHD) simulations have revolutionized our understanding of black hole accretion. Here, we present a GPU-accelerated GRMHD code H-AMR with multifaceted optimizations that, collectively, accelerate computation by 2-5 orders of magnitude for a wide range of applications. First, it introduces a spherical grid with 3D adaptive mesh refinement that operates in each of the three dimensions independently. This allows us to circumvent the Courant condition near the polar singularity, which otherwise cripples high-resolution computational performance. Second, we demonstrate that local adaptive time stepping on a logarithmic spherical-polar grid accelerates computation by a factor of ≲10 compared to traditional hierarchical time-stepping approaches. Jointly, these unique features lead to an effective speed of ∼109 zone cycles per second per node on 5400 NVIDIA V100 GPUs (i.e., 900 nodes of the OLCF Summit supercomputer). We illustrate H-AMR's computational performance by presenting the first GRMHD simulation of a tilted thin accretion disk threaded by a toroidal magnetic field around a rapidly spinning black hole. With an effective resolution of 13,440 × 4608 × 8092 cells and a total of ≲22 billion cells and ∼0.65 × 108 time steps, it is among the largest astrophysical simulations ever performed. We find that frame dragging by the black hole tears up the disk into two independently precessing subdisks. The innermost subdisk rotation axis intermittently aligns with the black hole spin, demonstrating for the first time that such long-sought alignment is possible in the absence of large-scale poloidal magnetic fields

H-AMR: A New GPU-accelerated GRMHD Code for Exascale Computing with 3D Adaptive Mesh Refinement and Local Adaptive Time Stepping

General relativistic magnetohydrodynamic (GRMHD) simulations have revolutionized our understanding of black hole accretion. Here, we present a GPU-accelerated GRMHD code H-AMR with multifaceted optimizations that, collectively, accelerate computation by 2-5 orders of magnitude for a wide range of applications. First, it introduces a spherical grid with 3D adaptive mesh refinement that operates in each of the three dimensions independently. This allows us to circumvent the Courant condition near the polar singularity, which otherwise cripples high-resolution computational performance. Second, we demonstrate that local adaptive time stepping on a logarithmic spherical-polar grid accelerates computation by a factor of ≲10 compared to traditional hierarchical time-stepping approaches. Jointly, these unique features lead to an effective speed of ∼109 zone cycles per second per node on 5400 NVIDIA V100 GPUs (i.e., 900 nodes of the OLCF Summit supercomputer). We illustrate H-AMR's computational performance by presenting the first GRMHD simulation of a tilted thin accretion disk threaded by a toroidal magnetic field around a rapidly spinning black hole. With an effective resolution of 13,440 × 4608 × 8092 cells and a total of ≲22 billion cells and ∼0.65 × 108 time steps, it is among the largest astrophysical simulations ever performed. We find that frame dragging by the black hole tears up the disk into two independently precessing subdisks. The innermost subdisk rotation axis intermittently aligns with the black hole spin, demonstrating for the first time that such long-sought alignment is possible in the absence of large-scale poloidal magnetic fields